Megfejtették, hogyan keletkezik a sivatagi máz

 

A sivatagi máz az a sötét színű külső réteg a száraz helyszínek szikláin, amelybe a világ számtalan pontján különböző sziklarajzokat vájtak a helyi őslakosok. E vékony külső rétegről nagyjából csak annyit tudunk, hogy agyagásványok és vas-oxid van benne, s igen magas a mangántartalma, ám az már nem, hogy minek köszönhető e mangándúsulás. Most egy amerikai kutatócsoport a legmodernebb technológiák segítségével részletesen utánajárt a dolognak és megfejtette a rejtélyt, amely már Humboldt és Darwin figyelmét is felkeltette.

A kutatók az USA nyugati vidékén számos helyszínről vettek mintákat a sivatagi mázzal borított különféle kőzetekből – eredetileg azzal a céllal, hogy a kőzetfelszínek mikrobiomjának és a sivatagi máznak az interakcióit tanulmányozzák. Ehhez azonban rendkívül sokrétű fizikai, kémiai és biológiai vizsgálatokra volt szükség, ezért is vetettek be minden lehetséges módszert, mint pl. DNS-elemzést, ásványtani analízist, illetve röntgen-spektroszkópiát. Ez utóbbi kifinomultságára jellemző, hogy nemcsak azt mutatta meg, milyen elemek teszik ki a sivatagi máz rétegét, hanem, mikroszkopikus szinten azt is, hogy ezek a rétegben milyen helyeken s miként oszlanak el. A vizsgálataikból azonban nemcsak a kívánt adatokhoz jutottak hozzá, hanem lezárhatták a régi vitát: biológiai vagy szervetlen folyamatoknak köszönhető-e a máz?

A mázréteg vékonycsiszolata a sztromatolit rétegeihez hasonló mintázatot mutat

A mangán a mázrétegben oxid (MnO) formájában van jelen, és mintegy 10-30 tömegszázalék arányban, ez 2-3 nagyságrenddel több, mint az alapkőzet, vagy a környezetében található por (amelyhez kötött a máz eredete) magnéziumtartalma. Emellett számos más elem, pl. vas, szilícium, alumínium, magnézium, nátrium vagy titán szintén nagy mennyiségben megtalálható, ám ezek nincsenek feldúsulva. Bár számos mikroorganizmust ismerünk e mázréteggel összefüggésben, az heves viták tárgya, hogy van-e közük magához a mázképződéshez. Rengeteg különféle elmélet van a máz kialakulására (abiotikusak, mint pl. vízszivárgás, a mangán napfény hatása alatti oxidációja, a porszemcsék lerakódása, ill. biotikusak, mint pl. mikrobák szerepe a kémiai összetevők kapcsolódásában, vagy a mangán mikrobák általi oxidációja), ám, mivel a máz rendkívül lassan, ezer év alatt maximum egy mikront vastagodik, ezeket az elméleteket nem lehetett gyakorlati úton bizonyítani. E folyamatok közül több is szerepet játszhat a máz kialakulásában, ám egyik sem képes megmagyarázni a mangán mennyiségét.

Egyes helyszíneken a sivatagi máz csíkokban jön létre, az itt lecsorgó víznek köszönhetően.

Mit tudunk a sivatagi máz születéséről? Alapkőzettől függetlenül jóval inkább a napsütötte sziklafelületeken alakul ki, az alapvetően száraz környezet ellenére kedveli a víz jelenlétét, így azokat a felületeket, ahol pl. kicsapódhat a harmat, de a lecsorgó víz sávjait is. Ez azt jelenti, hogy mind a fény, mind a víz alapvető szerepet játszik a kialakulásában.
A vékonycsiszolatoknak a máz növekedésében szerepet játszó fizikai folyamatok megértéséért végzett mikroszkópos elemzésével a sztromatolitokéhoz hasonló réteges szerkezetet láttak, s a különböző rétegek mangántartalmát is felmérték. Az eredmények alapján a mangán különböző formákban volt jelen, és redoxi ciklusok során épült be a mázba, sőt, e ciklusok a máz rétegein belül játszódnak le, nem a felszínén. Mivel bolygónk mangán-redoxi folyamataiban sok mikroba is szerepet játszik, erre kiterjedő NanoSIMS (nanoléptékű másodlagos ion-tömegspektrometria) elemzést is végeztek, s ebből arra jutottak, hogy a mázban lévő kén szerves eredetű.

A sivatagi máz kialakulása cianobaktériumok általi mangán-dúsító reakciók segítségével.

A máz DNS-vizsgálatát a környező porral, talajjal együtt szintén elvégezték, és a korábban már feltárt mikrobacsoportokra bukkantak rá. Azonban feltűnően sok volt a mázban a cianobaktérium, jelesül a Chroococcidiopsis genus tagjai.
A máz környezetében kimutatott mikrobák közt egyedül a cianobaktériumok képesek a fényt hasznosítani, s emellett a Chroococcidiopsis-ban a kén a mázban feltárttal egyező jellegű volt. A nagy mennyiség és a mikroba „tudása” alapján a cianobaktéroumoknak, amelyek víz és napfény segítségével élnek, alapvető fontosságú szerep juthat a máz létrejöttében. Számos cianobaktérium, köztük a Chroococcidiopsis is mangánionokat halmoz életfolyamatai során, ráadásul olyan mennyiségben, amely megmagyarázhatja a mázban felhalmozott, feldúsult arányt. A baktérium a mangánt a nagyon erős sivatagi napfény elleni védekezésben, antioxidánsként használja fel.Gyakorlatilag a sivatagi mázat akár a cianobaktériumok naptejének is nevezhetnénk.